domingo, 2 de noviembre de 2014

5 OTROS MODELOS ATÓMICOS CLÁSICOS

Los modelos atómicos representados en los libros de texto presentan un salto entre el modelo atómico de Thomson (1904) y el modelo atómico de Rutherford (1911), sin embargo vale la pena aclarar que entre los dos existieron varios modelos del átomo.

Normalmente se dice que la “historia la escriben los vencedores”. Mientras que esta afirmación generalmente corresponde a los ganadores de conflictos militares y políticos, se tiene un efecto similar en la historia de las ciencias. Los libros de texto de física y química de nivel de secundaria, preparatoria y universitarios generalmente narran la historia del átomo de forma reducida y consecutiva, una sucesión de paradigmas, cada uno suplantando al anterior para responder lo que el anterior decía, junto con la nueva información. Esta historia del libro de texto omite muchos de los problemas, controversias, ideas erróneas y problemas que tuvieron los miembros de la comunidad científica para poder plantear, defender o aceptar un determinado modelo o teoría.

Incluso los científicos más geniales deben enfrentar ideas erróneas propias antes de dar con una respuesta aceptable para un fenómeno complejo. Desafortunadamente las historias de los libros de texto hacen pensar a muchas personas, e incluso a los mismos científicos que la ciencia se trata de “tener siempre la razón”. Esta actitud puede ser problemática ya que impide que los investigadores expongan hipótesis válidas por miedo a cometer un “error”.

En esta historia de errores podemos aislar al menos otros 8 modelos atómicos que fueron planteados de forma concomitante al modelo de Thomson o antes del modelo de Rutherford.


5.1 El modelo planetario de Perrin (1901)

En una conferencia realizada en 1901 en la universidad de París, Jean Perrin –si, el mismo que demostró la existencia de los átomos –propuso no solo un modelo del átomo planetario, sino una explicación para la ionización de un gas, el cual es virtualmente el mismo que emplearías con el modelo de Bohr (Perrin, 1901).

El modelo planetario del átomo fue planteado originalmente por Jean Perrin en 1901. Para Perrin el modelo de átomo debía ser el de un núcleo –Sol –positivo y corpúsculos –planetas –con carga negativa. La formación del rayo catódico se explica por el estímulo eléctrico sobre los corpúsculos, liberándolos del núcleo.

Resulta relevante que este modelo planetario del átomo fuera planteado con anterioridad al de Thomson y fuese aceptado solo 10 años más tarde de la mano de Rutherford. La razón por la cual Thomson no adoptó de forma temprana el modelo planetario de Perrin fue la misma por la cual el modelo planetario de Rutherford nunca gustó del todo y fue la paradoja del “colapso atómico”. La nube de carga positiva poco densa fue una primera solución a dicha paradoja.

5.2 El modelo dinámico de Lenard (1903)

El término dinámico hace referencia a la unidad constitutiva del modelo (Lenard, 1903), al igual que el modelo de Thomson se trataban de esferas que contenían las partículas subatómicas. 

Las principales diferencias eran que las partículas poseían ambas cargas –el las llamó dinámidas –las cuales eran responsables tanto de la carga como de la masa del átomo. La masa de un átomo sería proporcional al número de dinámidas presentes en su interior.

5.3 El modelo del anillo de Saturno de Nagaoka (1904)

Este modelo del átomo mezcla aspectos del átomo planetario de Perrin, con un intento de reconciliar el conflicto del “colapso del átomo” con una explicación del espectro del hidrógeno (Nagaoka, 1904). Si les suena conocido este intento es porque es en esencia el predecesor más directo del modelo atómico de Bohr.

En 1859 James Clerk Mazwell resolvió una controversia con respecto a la estabilidad de los anillos de Saturno, mediante un cálculo teórico Maxwell propuso de los anillos de Saturno eran una colección de satélites muy pequeños que mantenían su estabilidad aun cuando se presentaran pequeñas alteraciones gravitacionales. Nagaoka empleó la analogía para proponer que los electrones funcionaban de forma similar a los satélites de Saturno y que se mantenían estables en sus orbitas de forma análoga.

5.4 El modelo del electrón fluido de Rayleigh (1906)

Rayleigh trató los electrones como si se tratara de un superfluido (Rayleigh, 1906) debido a que los rayos catódicos debían estar compuestos por miles de millones de partículas, mientras que el modelo de Thomson solo trataba con una cantidad finita de electrones.

Básicamente hace referencia a los electrones como si formaran nubes –en el sentido más literal, compuesta por miles de electrones –que podían vibrar. Aunque sus cálculos al tomar a los electrones como nubes arrojaban valores discretos semejantes a los de los espectros, estos no encajaban bien –específicamente con la fórmula de Rayleigh que era empleada para determinar la compatibilidad de un modelo con las líneas espectrales. Esto daría lugar a la revolución cuántica más adelante, pero en su contexto solo fueron una extrañeza que fue ignorada.

5.5 El modelo de los electrones vibratorios de Jeans (1906)

Se trata de una expansión del modelo de Thomson (Jeans, 1906) en el cual los electrones son descritos no como partículas sólidas, sino como estructuras complejas con componentes internos que les permiten vibrar y emitir energía con el fin de explicar las líneas espectrales. 

Los diferentes electrones vibran con frecuencia diferente para explicar la diferente frecuencia de luz emitida en un espectro como el del hidrógeno.

5.6 El modelo de electrones expansivo de Schott (1906)

El modelo de Scott solo tomaba en cuenta los electrones, podría tratarse de una combinación del modelo de Jeans y del modelo de Nagaoka. Los electrones orbitantes vibraban y se expandían alejándose del núcleo, pero eran mantenidos en sus orbitas por la presión del éter (Schott, 1906).

Scott moriría defendiendo su modelo basado en la mecánica clásica, aun en 1937 cuando todos ya habían aceptado la nueva física. El problema del modelo de Scott era doble, al igual que los demás modelos no explicaba las líneas espectrales en forma de la fórmula de Rayleigh, además se trataba de un modelo regresivo que no podía hacer predicciones, solo explicar los hechos tal cual eran planteados.

5.7 El modelo del Arquión-electrón de Stark (1910)

En el modelo del arquión se propone la presencia de una segunda partícula que pose carga positiva llamada arquión. El electrón y el arquión se mueven en una órbita sin núcleo formando un riel de carga positiva y negativa (Kragh, 2010). 

Lo relevante de este modelo fue la intuición para la presencia de una partícula positiva –que en los modelos posteriores sería denominada protón –pero al igual que los demás modelos no encajaba para poder responder el problema de la fórmula de Rayleigh para los espectros.

5.8 El modelo cúbico de Lewis (1916)

El átomo cúbico fue un modelo del átomo en el cual los electrones estaban ubicados en las aristas de un cubo en un átomo no polar o molécula. Este modelo fue desarrollado en 1902 por Gilbert N. Lewis y publicada en 1916 (Lewis, 1916), era un átomo diseñado específicamente para explicar las propiedades químicas del átomo, específicamente el concepto de valencia para poder racionalizar la regla de Abegg, mejor conocida como la ley del octeto (Jensen, 1984). Esta fue desarrollada posteriormente en 1919 por Irving Langmuir como el átomo del cubo-octeto (Kooser & Factor, 1983).

El problema con este átomo químico era que no hacía nada por explicar los fenómenos cuánticos que si podían ser calculados con exquisito detalle por medio de los nuevos átomos físicos que se estaban proponiendo, como el modelo atómico de Bohr de 1913 y el modelo atómico de Sommerfeld de 1916. A pesar de que fue dejado de lado como modelo atómico, el modelo del átomo cubico es de interés histórico ya que representa un paso para el entendimiento del enlace químico, introduciendo conceptos como el enlace covalente, una forma de representar la regla de Abegg y finalmente una representación de lo que actualmente conocemos como la estructura de Lewis. Sin embargo en la actualidad la notación para las estructuras de Lewis se basan en el modelo de Bohr pero representando únicamente los electrones del último nivel de energía.


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